CN101896350A - 用于液体排出头的基体以及使用该基体的液体排出头 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于液体排出头的基体以及使用该基体的液体排出头。所述用于液体排出头的基体包括：加热元件，其形成放热部108；电极配线105，其与所述加热元件电连接；绝缘保护层106，其设置在发热电阻元件和所述电极配线上方；以及上保护层107，其设置在所述保护层上方。所述上保护层由包含22at.％以上的Si的TaSi合金制成。

Description

用于液体排出头的基体以及使用该基体的液体排出头
技术领域
本发明涉及一种通过将液体(例如诸如墨的功能液体)排出到诸如纸、塑料片材、织物等的记录介质上来记录文字、标记、图像、图案等的用于液体排出头的基体以及使用该基体的液体排出头。
背景技术
用于液体排出记录的头的一般结构包括具有多个排出口、与排出口相通的流路、以及用于生成用来排出液体的热能的多个发热电阻元件的结构。发热电阻元件被构造为具有发热电阻元件以及用于向发热电阻元件提供电力的电极。通过使用绝缘膜覆盖发热电阻元件来确保各发热电阻元件之间的绝缘性能。排出口和各液体流路的相对端与公共液体室相通，从液体存储部的液体罐提供的液体存储在公共液体室中。将提供给公共液体室的液体从公共液体室引入各液体流路，并以形成弯月面的状态保持在排出口附近。在这种状态下，液体排出头选择性地驱动发热电阻元件，使用由此生成的热能对热作用面上的液体快速加热并使液体起泡，并根据状态的改变，使用压力排出液体。
当排出液体时，液体排出头的热作用部暴露在由发热电阻元件生成的热而引起的高温下，导致与液体的化学作用相结合而接收由液体的起泡和收缩而引起的空化冲击(cavitation impact)。
因此，通常在热作用部上设置上保护层，以保护发热电阻元件免受空化冲击和液体的化学作用。
例如，在美国专利5,478,606号中公开了一种使用其上形成有这种上保护层的头的基体的液体排出头的制造方法。
传统上，在热作用部的表面形成厚度为0.2至0.5μm的、对空化冲击和液体的化学作用有比较强的抵抗作用的Ta膜，作为上保护层，以可靠地平衡头的寿命。
在这些热作用部上，出现下列现象，即液体中包含的色材、添加物等由于高温加热而分解为分子水平，被改变为具有低溶解性的物质，并被物理地吸附到上保护层上。该现象称为“结垢(kogation)”。
当低溶解性的有机物和无机物以这种方式吸附在上保护层上时，从发热电阻元件到液体的热传导变得不均匀，液体不稳定地起泡。由于该原因，通常使用其上产生比较少的结垢而作为合适的膜的Ta膜。
参照图7描述与热作用部上的起泡和去泡(debubble)相关的液体的行为。图7是用于描述在施加电压后发生的上保护层的温度变化以及起泡状态的图。
图7的曲线(a)示出了在驱动电压(Vop)：1.3×Vth(Vth：液体的起泡阈电压)、驱动频率：6KHz、脉冲宽度：5μs的驱动条件下，在对发热电阻元件施加电压的瞬间之后发生的上保护层的表面温度随着时间的变化。此外，曲线(b)类似地示出了在对发热电阻元件施加电压的瞬间之后发生的气泡的生长状态。
如曲线(a)所示，在施加电压之后，温度开始上升，稍晚于设置的预定脉冲时间达到温度的峰值(因为来自发热电阻元件的热稍后到达上保护层)，然后，温度主要通过热扩散而降低。另一方面，如曲线(b)所示，当上保护层的温度接近大约300℃时，泡开始生长，并在达到最大起泡状态之后去泡。在实际液体排出头中，重复上述过程。因此，随着液体的起泡，上保护层的表面升高到例如大约600℃，可以理解，随着很高温度的热作用，执行液体排出记录。
因此，要求接触液体的上保护层具有优良的耐热性、机械特性、化学稳定性、抗氧化性以及耐碱性等的膜特性。除了上述Ta膜之外，还使用贵金属(noble metal)、高熔点过渡金属(high-melting transition metal)等，作为上保护层中使用的材料。
然而，近年来，液体排出记录进一步需要诸如高图像质量和高速记录的高级功能。为了满足这些需求，要求液体排出记录提高墨性能(例如显色特性和耐气候性(weathering resistance))，以应对更高图像质量的趋势，并要求液体排出记录防止渗色(bleed)(不同颜色墨之间的渗色)以应对高速记录。然后，为了满足这些要求，进行了向墨中添加各种成分的这些尝试。此外，墨本身的类型是多样的。例如，除黑、黄、品红以及青以外，还使用具有低浓度的淡色墨。即使作为上保护层的传统上被认为针对这些墨具有稳定性的Ta膜，也会产生由于墨的热化学反应而导致侵蚀的现象。当使用的墨包含例如诸如Ca和Mg的二价金属盐或形成螯合物(chelate complex)的成分时，明显出现这种现象。
另一方面，当如上所述，形成的上保护层具有对墨的增强的耐侵蚀性时，上保护层显示出很强的耐侵蚀性，但是相反，由于表面略微损坏，因此上保护层容易产生结垢。由此，墨的排出速度降低且变得不稳定。
顺便提及，传统上使用的Ta膜产生较少结垢的原因是，由于很好地平衡了Ta膜的轻微侵蚀与结垢的发生。假设原因是由于当Ta膜的表面因侵蚀而破损时，由结垢产生的生成物的沉积同时也从Ta膜的表面去除。
为了进一步提高液体排出记录的速度，需要通过与传统驱动频率相比提高驱动频率、并使用更短的脉冲，来驱动液体排出头。当通过这种短脉冲来驱动头时，在短时间段内，在头的热作用部上重复加热→起泡→去泡→冷却的循环，使得热作用部在比传统时间段更短的时间段内，接收更大的热应力。当通过短脉冲驱动头时，由墨的起泡和收缩所引起的空化冲击，也在比传统时间段更短的时间内集中在上保护层。因此，上保护层需要优良的机械冲击特性。
对于这种上保护层，美国专利7,306,327公开了一种使用包含12at.％以上(在本文中“以上”表示“≥”)的Cr的非晶结构TaCr合金的用于液体排出头的基体。
此外，美国专利7,306,327公开了一种使用包含30at.％以下(在本文中“以下”表示“≤”)的Cr的非晶结构TaCr合金的用于液体排出头的基体，因为这种合金容易使用干法蚀刻技术来图案化。
然而，随着近来对记录图像进行高速记录的趋势的发展，考虑加长用于液体排出头的基体(特别是加长到1.0英寸以上)，并采用包含用于增强墨的耐光性和耐气性的添加物的墨。在这种情况下，由于头的结构构件中的线性膨胀系数的不同，形成液体流路壁以及排出口的树脂层的应力等可能导致变形，并且新墨的成分可能会影响各结构构件之间的界面。由于以上因素，可能发生由树脂制成的形成液体流路壁以及排出口的流路形成构件，从硅基板上的上保护层剥落。还可能发生即使在上保护层上设置由有机物制成的粘附层，以增强构件与层之间的粘附性，上保护层也从层之间的界面附近的粘附层剥落，墨从保护层渗入基板侧，从而导致配线被侵蚀。结果，可能发生没有获得充分的记录，并且很难长时间地保证质量可靠性。
换句话说，当基体具有大于或等于0.5英寸并且小于1.0英寸的尺寸时，美国专利5,478,606公开的TaCr膜与有机物粘附层之间的粘附性足够了。然而，基体的尺寸在1英寸以上的加长记录设备的基板需要具有粘附性更强的上保护层。
如美国专利7,306,327所公开的，当使用通常的干法蚀刻技术将TaCr膜图案化时，蚀刻速率取决于Cr含量，并且蚀刻速率随着Cr含量的增加而降低。
发明内容
在这些情况下，针对上述问题设计了本发明，本发明旨在提供一种用于液体排出头的基体，该基体通过改善上保护层(该上保护层具有用于液体排出头的基体的与墨接触的部分)与树脂层之间的粘附性，能够提供长期的质量可靠性。此外，本发明旨在提供一种使用该用于液体排出头的基体的液体排出头。
为了解决上述目的，本发明提供一种用于液体排出头的基体，其上设置有由树脂制成的流路形成构件，所述用于液体排出头的基体包括：发热电阻元件，其用于生成用于排出液体的能量；电极配线，其与所述发热电阻元件电连接；绝缘保护层，其设置在所述发热电阻元件和所述电极配线上方；以及上保护层，其设置在所述绝缘保护层上方，所述上保护层的特征在于，所述上保护层由包含22at.％以上的Si的TaSi合金制成。
根据本发明的液体排出头的特征在于，在上述用于液体排出头的基体上形成具有排出口的流路形成构件。
本发明能够提供一种用于液体排出头的基体以及使用该用于液体排出头的基体的液体排出头，该基体改善了上保护层(该上保护层具有用于液体排出头的基体的与墨相接触的部分)与树脂层之间的粘附性，并能够提供长期的质量可靠性。
通过下面参照附图对示例性实施例的描述，本发明的其他特征将变得清楚。
附图说明
图1是根据本发明的示例性实施例的用于液体排出头的基体的局部剖视图；
图2A、图2B、图2C以及图2D是用于描述根据本发明的示例性实施例的用于液体排出头的基体的形成方法的示意图；
图3A、图3B、图3C、图3D以及图3E是用于描述根据本发明的示例性实施例的用于液体排出头的基体的另一形成方法的示意图；
图4是用于形成根据本发明的示例性实施例的用于液体排出头的基体的各层的膜形成装置；
图5是例示应用根据本发明的示例性实施例的液体排出头的液体排出记录装置的一个构造示例的外观图；
图6是用于描述根据本发明的示例性实施例的用于液体排出头的基体的又一形成方法的示意图；
图7是用于描述在施加电压之后上保护层的温度变化以及起泡状态的图；
图8是用于描述在使用根据本发明的示例性实施例的用于液体排出头的基体时，与粘附膜的粘附性的组成依赖性的图；以及
图9是用于描述根据本发明的示例性实施例的用于液体排出头的基体的又一形成方法的示意图。
具体实施方式
现在，参照附图等来描述根据本发明的实施例。
图1是例示根据本发明的示例性实施例的液体排出头的剖面的局部示意图。
在图1中，具有用于液体排出头的基体100。在用于液体排出头的基体上设置有由树脂制成的流路形成构件109。具有硅基板101、由热氧化膜制成的热存储层102、由SiO膜制成的层间膜103、也用作热存储层的SiN膜等、以及发热电阻层104。金属配线层105由诸如Al、Al-Si和Al-Cu的金属材料制成，用作电极配线。保护层106由SiO膜、SiN膜等制成，还用作绝缘层。在保护层106上设置上保护层107，上保护层107由TaSi合金制成，用于保护发热电阻元件免受由发热电阻元件的发热而导致的化学和物理冲击。以这种方式，上保护层107布置在发热电阻层104和电极配线的上部。热作用部108是在发热电阻层104的发热电阻元件中生成的热作用于墨的部分，热作用部108构成在流路形成构件109内部形成的墨流路的一部分。这里，发热电阻元件设置于在发热电阻层104上的预定空间彼此相对的两个金属配线层105之间，发热电阻元件由生成与用电相对应的热的发热电阻层104构成。
液体排出头中的热作用部108暴露在由发热电阻元件的发热而引起的高温下，还主要接收由墨引起的、源于墨的起泡以及墨起泡之后墨的收缩的空化冲击和化学作用。由于该原因，在热作用部108上设置上保护层107，以保护发热电阻元件免受由墨引起的空化冲击和化学作用。使用流路形成构件109，在上保护层107上方设置用于排出墨的排出口110。由此，形成用于液体排出头的基体100。
图2A、图2B、图2C以及图2D是用于描述根据本发明的示例性实施例的用于液体排出头的基体100的形成方法的示意图。
在硅基板上形成的上保护层107上涂布抗蚀剂(resist)，作为用于使用旋转(spin)涂覆方法最终形成墨流路的形状的可溶解固体层201。该抗蚀剂材料由聚甲基异丙烯酮(polymethyl isopropenyl ketone)形成，用作负型抗蚀剂。使用光刻技术将该抗蚀剂材料图案化为墨流路的形状(图2A)。随后，形成作为构成液体流路壁和排出口的流路形成构件的涂覆树脂层203(图2B)。在形成涂覆树脂层203之前，可以使用硅烷耦合剂等适当地处理上保护层107，以增强涂覆树脂层203的粘附性。可以从传统上已知的涂覆方法中适当地选择涂覆树脂层203的涂覆方法，可以将涂覆树脂层203涂布在其上形成了墨流路图案的用于液体排出头的基体100上。接下来，使用光刻技术将涂覆树脂203图案化为液体流路壁以及排出口的期望形状。由此，由树脂形成流路形成构件(图2C)。然后，利用各向异性蚀刻法、喷砂法、各向异性等离子蚀刻法等，从用于液体排出头的基体100的背面形成供墨口206。尤其可以通过利用四甲基羟胺(TMAH)、NaOH、KOH等的化学硅各向异性蚀刻法，形成供墨口206。随后，通过使用Deep-UV光对整个表面进行曝光，对固体层进行显影，并干燥产生的表面，来去除可溶解固体层201(图2D)。
图3A、图3B、图3C、图3D以及图3E是用于描述根据本发明的示例性实施例的用于液体排出头的基体的另一形成方法的示意图。
如图3A、图3B、图3C、图3D以及图3E所示，在形成上保护层107的TaSi合金(Ta100-xSix膜)之后，还可以在上保护层107与流路形成构件203之间形成有机物粘附膜307(图3A)。对于粘附膜307，选择聚醚酰胺树脂。这种树脂具有如下优点：具有优良的耐碱性蚀刻性、具有树脂与由硅等制成的无机膜之间良好的粘附性、能够用作液体排出记录头的墨保护膜，因此尤其能够用于粘附膜307。然后，使用光刻技术将粘附层307图案化为例如图3A所示的形状。可以使用与普通有机膜的干法蚀刻法类似的方法来图案化粘附层307。具体地说，可以通过在使用正型抗蚀剂作为掩膜(mask)时，利用氧气等离子对粘附层307进行蚀刻，来形成图案。
现在，参照图3A、图3B、图3C、图3D以及图3E描述在形成上保护层107(Ta100-xSix膜)之后形成粘附层307的方法。使用旋转涂覆方法将作为可溶解固体层201的抗蚀剂涂布在硅基板上，以形成最终变成墨流路的形状。然后，固体层201用作负型抗蚀剂，并使用光刻技术将固体层201图案化为墨流路的形状(图3B)。
随后，形成流路形成构件的涂覆树脂层203，以形成液体流路壁以及排出口(图3C)。在形成涂覆树脂层203之前，可以使用硅烷耦合剂等适当地处理基体，以增强涂覆树脂层203的粘附力。可以从传统上已知的涂覆方法中适当地选择涂覆树脂层203的涂覆方法，并且可以将涂覆树脂层203涂布在其上形成了墨流路图案的用于液体排出头的基体100上。使用光刻技术将涂布的涂覆树脂层203图案化(图3D)。然后，利用各向异性蚀刻法、喷砂法、各向异性等离子蚀刻法等，从用于液体排出头的基体100的背面形成供墨口206。尤其可以通过利用四甲基羟胺(TMAH)、NaOH、KOH等的化学硅各向异性蚀刻法，来形成供墨206。随后，通过使用Deep-UV光对整个表面进行曝光，对固体层进行显影，并干燥产生的表面，来去除可溶解固体层201(图3E)。
因此，通过参照图2A、图2B、图2C和图2D以及图3A、图3B、图3C、图3D和图3E描述的上述步骤，获得了其中形成有流路形成构件203的用于液体排出头的基体100，其中，在流路形成构件203中设置有排出口和墨流路；然后，由划片机(dicing saw)等切割基体100，将其分离为基片(chip)。然后，将基片电连接，以驱动发热电阻元件，并将基片与供墨构件连接，从而完成液体排出头。
要求接触墨的上保护层107具有优良耐热性、机械特性、化学稳定性、抗氧化性以及耐碱性等的膜特性，同时需要上保护层107具有其本身与粘附层307、以及其本身与流路形成构件203之间的优良的粘附性。这种上保护层107由包含Ta和Si的TaSi合金制成。优选地，可以通过分子式Ta100-xSix(满足x≥22at.％)构成合金。这里，at％是原子百分比的缩写。
在10nm或更大至500nm或更小的范围中选择上保护层107的膜厚度。上保护层的膜应力至少是压缩应力，优选膜应力在大于0至1.0×1010dyn/cm2或更小的范围内。此外，可以使用各种膜形成方法来产生上保护层107，但是通常可以通过使用高频(RF)电源或直流(DC)电源作为电源的磁控溅射(magnetron sputtering)方法，来形成上保护层107。
图4例示了用于形成上保护层107的溅射装置的概要。在图4中，具有TaSi靶(target)4001、平板磁体4002、用于控制膜在基板上的形成的闸门(shutter)4011、基板保持器4003、基板4004以及连接到靶4001和基板保持器4003的电源4006。此外，在图4中，以围绕膜形成室4009的外壁的方式，设置外部加热器4008。外部加热器4008用于调节膜形成室4009的环境温度。在基板保持器4003的背面设置用于控制基板的温度的内部加热器4005。
使用图4的装置，以下面的方式形成膜。首先，使用排气泵4007将膜形成室4009排气到1×10-5Pa至1×10-6Pa。随后，通过质量流控制器(未示出)将Ar气从气体引入口4010引入膜形成室4009。此时，调节内部加热器4005和外部加热器4008，使得将基板温度和环境温度设置为预定温度。接下来，从电源4006向靶4001加电，以使靶4001溅射放电，并调节闸门4011，使得在基板4004上形成薄膜。
当形成上保护层107时，将基板加热到100℃至300℃的温度，以能够向上保护层107给予强的膜粘附力。当使用能够形成具有比较大的动能的微粒的溅射方法，形成上保护层107时，如上所述，上保护层107能够获得强的膜粘附力。
此外，当将膜应力控制为1.0×1010dyn/cm2以下的压缩应力时，上保护层107同样能够获得强的膜粘附力。可以通过适当地设置要引入膜形成装置的Ar气的流速、要向靶施加的电力以及基板的加热温度，来调节该膜应力。
图5是例示应用根据本发明的示例性实施例的液体排出头的液体排出记录装置的一个构造示例的外观图。该液体排出装置是旧的类型的，但是本发明适用于最新的液体排出装置，本发明还示出了效果。
在图5中的液体排出装置2100中，记录头2200设置在与丝杠2104的螺旋槽2121接合的滑架2120上，丝杠2104通过驱动力传动齿轮2102和2103与驱动电机2101的前后旋转同步地旋转。记录头2200通过驱动电机2101的动力，与滑架2120一起，由导杆2119引导，沿着稿台2106在箭头(a)和(b)的方向上往复移动。
盖构件2111盖住整个记录头2200，吸取单元2112吸取并排出盖构件2111中的墨。该吸取单元将墨从记录头的排出口吸入盖构件2111中，并通过吸取操作恢复记录头2200的排出性能，以维持排出性能。清洁叶片2114在布置有记录头的排出口的面上滑动，去除在表面沉积的墨等。
具有上述这种结构的液体排出记录装置2100记录由记录介质供给设备运送到稿台2106上的记录纸(P)的信息，同时使记录头2200往复移动跨越记录纸(P)的整个宽度。
下面将参照形成上保护层107的示例以及使用上保护层等的液体排出头的示例性实施例，来详细描述本发明。然而，本发明不限于这些示例性实施例。
使用图4所示的装置并使用上述膜形成方法，在硅晶片上形成上保护层107的TaSi合金薄膜，并评估膜的物理性质。下面将描述此时的膜形成操作以及膜性质的评估方法。
[膜形成操作]
首先，在单晶硅晶片上形成热氧化膜，该硅晶片(基板4004)设置在图4中的装置的膜形成室4009中的基板保持器4003上。随后，通过排气泵4007将膜形成室4009排气到8×10-6Pa。然后，将Ar气从气体引入口4010引入膜形成室4009，并将膜形成室4009的内部设置为以下条件。
[膜形成条件]
基板温度：150℃
膜形成室中的环境气体温度：150℃
膜形成室中的混合气压：0.6Pa
随后，使用各种TaSi靶，利用溅射方法，在硅晶片的热氧化膜上形成厚度为200nm的Ta100-xSix膜，并获得样本1至3。
此外，使用Ta靶和Si靶，利用二元溅射方法，类似地在硅晶片的热氧化膜上形成厚度为200nm的Ta100-xSix膜，并获得样本4至12。
[膜物理性质分析]
对获得的上述样本1至3以及样本4至12进行RBS(卢瑟福背向散射，Rutherford back scattering)分析，并分析各样本的组成。表1和表2示出了结果。
表1
  样本编号   靶组成[at.％]   膜组成[at.％]   膜应力[dyn/cm2]
  1   Ta60Si40   Ta78Si22   5.5×109
  2   Ta50Si50   Ta65Si35   4.2×109
  3   Ta30Si70   Ta35Si65   3.5×109
表2
Figure GPA00001155400100111
[膜应力]
随后，基于在膜形成前后观察到的基板的变形量，测量各样本的膜应力。在膜应力方面，样本1至12显示大于0、但是小于或等于1.0×1010dyn/cm2的压缩应力，由此可以提供强的膜粘附力。当膜应力是大于0的压缩应力时，膜变得致密(dense)。当膜应力大于或等于1.0×1010dyn/cm2时，膜可能由于其大的应力而引起晶片扭曲或膜破裂。
[与树脂的粘附性]
(示例性实施例1)
在PCT(压力锅测试，Pressure Cooker Test)之后，执行胶带剥落测试，以简单地评估根据本示例性实施例的Ta78Si22(其表示组成比例为Ta：78at.％，Si：22at.％，下同)膜107与粘附层(聚醚酰胺树脂)307之间的粘附性。
以下面的方式执行胶带剥落测试。
在形成了上保护层107的硅晶片上形成厚度为2μm的粘附层(聚醚酰胺树脂)307，并使用刻刀在粘附层307上形成10×10＝100(长度×宽度)个1平方毫米的网格区间。随后，在121℃、2.0265×105Pa(2atom)将样本浸入碱性墨10小时的条件下，对样本进行PCT测试。
然后，将胶带粘在上述网格区间部分，并将胶带剥落。然后，检查100个中被胶带剥落的网格的数量。结果，在100个中，大约剥落23个，但是结果通常是令人满意的。表3示出了结果。
(比较示例1)
使用与示例性实施例1中相同的方法，在PCT之后，评估Ta膜与粘附层(聚醚酰胺树脂)307之间的粘附性。表3示出了结果。
如表3所示，在PCT测试之后，粘附层307从其本身与Ta膜之间的界面剥落，这意味着粘附性很低。
(示例性实施例2至9以及比较示例2至4)
使用与示例性实施例1中相同的方法，在PCT之后评估具有不同组成的Ta100-xSix膜的粘附性。表3示出了结果。
表3
  膜组成[at.％]   剥落的网格的数量(PCT耐久性测试之后)   样本编号
 示例性实施例1   Ta78Si22   23/100   1
 示例性实施例2   Ta65Si35   0/100   2
 示例性实施例3   Ta35Si65   0/100   3
 比较示例1   Ta   100/100   -
表4
  膜组成[at.％]   剥落的网格的数量(PCT耐久性测试之后)   样本编号
 比较示例2   Ta90.5Si9.5   100/100   4
 比较示例3   Ta83.3Si16.7   100/100   5
 比较示例4   Ta80.4Si19.6   88/100   6
 示例性实施例4   Ta77.5Si22.5   0/100   7
 示例性实施例5   Ta74.9Si25.1   2/100   8
 示例性实施例6   Ta69.1Si30.9   0/100   9
 示例性实施例7   Ta65.0Si35.0   0/100   10
 示例性实施例8   Ta59.9Si40.1   0/100   11
 示例性实施例9   Ta50.0Si50.0   0/100   12
对于上述示例性实施例与比较示例的Ta100-xSix膜，在PCT测试之后，评估上保护层107与粘附层307之间的粘附性(剥落的网格的数量)。图8示出了结果。从图8明显看出，在包含少量Si成分的膜中，粘附性显示出下降的趋势。可以发现，尤其在Ta100-xSix膜中包含22at.％以上的x的膜显示出非常令人满意的粘附性。
以上描述示出了具有粘附层的情况下的结果，但是在没有粘附层的情况下显示出同样的趋势。根据这些结果，说明不管是否有粘附层，Ta100-xSix(x≥22at.％)膜对于增强膜与其上设置的结构之间的粘附性是有效的。
上保护层107优选可以具有10nm以上、但是500nm以下的膜厚度。这是因为当膜厚度小于10nm时，在实际产品的形状中，上保护层107不能充分覆盖上保护层107的下层。还因为当膜厚度大于或等于500nm时，能量(热)不能有效地从发热电阻元件层传输到墨，因此能量流失增加。
以这种方式，在示例性实施例1至9中，即使具有大约10nm的厚度的膜，也能够提供优良的粘附性。当控制膜，在膜应力方面使其至少具有大于0、但是小于或等于1.0×1010dyn/cm2的压缩应力时，膜也能够提供强的粘附力。
在上述示例性实施例1至9中，当在上保护层107的上部形成树脂(流路形成构件109)时，树脂良好地固定在上保护层107上。使用这种上保护层能够提供可以具有更长的长度以及更高的密度的用于液体排出头的基体、以及使用该基体的液体排出头。
(示例性实施例10)
使用Ta65Si35单层膜作为上保护层107，来完成液体排出头，使液体排出头实际排出墨，然后评估排出状态。
在本示例性实施例中，使用Ta50Si50靶，利用溅射处理，在绝缘膜上形成膜厚度为230nm的Ta65Si35膜。
然后，利用一般的光刻处理，根据形成抗蚀剂图案(抗蚀剂涂布、曝光以及显影)、蚀刻Ta65Si35膜、并剥离抗蚀剂的连续步骤，对Ta65Si35膜形成图案。此时，通过选择要在曝光抗蚀剂时使用的光掩膜的图案，可以将Ta65Si35膜的图案形状形成为期望的图案。
然后，使用旋转涂覆方法，将可溶解固体层201涂布到包括形成在硅基板101上的上保护层107的基板上，并对可溶解固体层201进行曝光以形成作为墨流路的形状。可以使用普通掩膜和Deep-UV光，来获得墨流路的形状。然后，将涂覆树脂层203堆叠在其上，使用光刻机(aligner)进行曝光，并进行显影以形成排出口110。随后，通过利用TMAH的化学硅各向异性蚀刻方法形成供墨口206。然后，使用Deep-UV光照射涂覆树脂层203的整个表面，进行显影并干燥。由此，除去涂覆树脂层203的要溶解的部分。通过以上步骤，完成排出口110和其中形成有墨流路的流路形成构件109。由划片机等切割其上形成了流路形成构件109的用于液体排出头的基体100，将其分离为基片。然后，电连接基片，以驱动发热电阻元件，并将基片与用于完成液体排出头的供墨构件连接。
通过使这里制备的液体排出头排出pH为10的碱性墨，来评估排出性能。结果，可以获得良好的图像记录。还通过使液体排出头在60℃浸入墨3个月并排出墨，来评估排出性能。结果，可以获得具有良好的记录质量的印刷物，确认没有涂覆树脂层203剥落。
此外，测试上述液体排出头的排出耐久性。在该测试中，通过使用1μsec的脉冲宽度，使液体排出记录头以5KHz的驱动频率连续排出墨，直到液体排出记录头不能再进行排出为止，来检查液体排出记录头的寿命。结果，具有(x)为70at.％以下的Ta100-xSix膜的液体排出头显示出良好的耐久性，具有(x)为50at.％以下的Ta100-xSix膜的液体排出头显示出更好的耐久性。
(示例性实施例11)
图6是用于描述根据本发明的示例性实施例的用于液体排出头的基体的又一形成方法的示意图。
这里描述的本示例性实施例的用于液体排出头的基体具有如图6所示的设置在上保护层111下面的Ta层。通过由TaSi制成的上层111和由Ta制成的下层112构成热作用部中的层。
具体地说，本示例性实施例将示出Ta65Si35膜用作上保护层111、而Ta膜用作下层112的情况。
使用Ta靶，利用溅射处理，在绝缘膜上形成膜厚度为220nm的Ta膜，作为下层112。然后，使用Ta50Si50靶，利用溅射处理，在下层112上形成具有膜厚度为100nm的Ta65Si35组成的膜，作为上层111。
然后，利用一般的光刻处理，根据形成抗蚀剂图案(抗蚀剂涂布、曝光以及显影)、蚀刻Ta65Si35膜和Ta膜、并剥离抗蚀剂的连续步骤，对Ta65Si35膜和Ta膜两层形成的膜形成图案。这里，连续对Ta65Si35膜和Ta膜进行干法蚀刻。
此时，通过选择在曝光抗蚀剂时要使用的光掩膜的图案，可以将Ta65Si35膜和Ta膜的图案形状形成为期望的图案。
然后，通过与示例性实施例10中相同的步骤完成液体排出头，并通过使液体排出头排出pH为10的碱性墨，来评估排出性能。结果，可以获得良好的图像记录。还通过使液体排出头在60℃浸入墨3个月并排出墨，来评估排出性能。结果，可以获得具有良好的记录质量的印刷物，并且确认没有涂覆树脂层203剥落。
(示例性实施例12)
这里描述的示例性实施例示出了采用TaSi梯度(gradient)组成膜作为上保护层107的情况。具体地说，上保护层107形成Si的含量从发热电阻层104向涂覆树脂层203增加的梯度组成膜。至于上保护层107中的Ta与Si的组成比，接触作为流路形成构件的涂覆树脂层203的表面可以优选比接触发热电阻层104的表面包含更多的Si。此时，上保护层107在粘附性上显示更多优点。
在本示例性实施例中，通过利用Ta靶和Si靶，采用二元溅射处理，并且改变Ta溅射功率和Si溅射功率中的各个，来形成上保护层。通过首先仅对Ta靶施加700W的功率，然后在固定Ta靶的功率的状态下增加Si靶的功率，最后将Ta靶的功率改变为700W，将Si靶的功率改变为600W，来形成膜组成在膜形成方向上连续改变、膜厚度为230nm的TaSi膜。如此获得的膜显示如下梯度组成，即Si的含量从发热电阻层104侧的Ta向涂覆树脂层203侧的Ta66Si34增加。这里，膜组成连续改变，但是膜组成也可以分段改变。
利用上述保护膜107，通过与示例性实施例10中相同的步骤来完成液体排出头，并通过使液体排出头排出pH为10的碱性墨，来评估排出性能。结果，可以获得良好的图像记录。还通过使液体排出头在60℃浸入墨3个月并排出墨，来评估排出性能。结果，可以获得具有良好的记录质量的印刷物，并确认没有涂覆树脂层203剥落。
(比较示例5)
下面将示出示例性实施例10至12的比较示例，其中，仅由Ta制成的单膜用作上保护层。
在本比较示例中，使用Ta靶，利用溅射处理，形成厚度为230nm的Ta膜，并以与示例性实施例10中相同的方式完成液体排出头。
然后，通过使液体排出头排出pH为10的碱性墨，来评估排出性能。结果，可以获得良好的图像记录。然而，作为在使液体排出头在60℃浸入墨3个月并排出墨之后，评估排出性能的结果，观察到没有排出墨的部分，不能获得具有良好的记录质量的印刷物。当观察液体排出头时，观察到涂覆树脂层203剥落，并确认有墨流路彼此相通的部分，尽管在该部分，墨流路原本应该相互独立。
(示例性实施例13)
图9是用于描述根据本发明的示例性实施例的用于液体排出头的基体的又一形成方法的示意图。
在此处描述的示例性实施例中，如图9所示，有在与发热电阻元件相对应的上保护层111的更上层上设置Ta层112的两层结构。因此，通过由Ta制成的上层112和由TaSi制成的下层111来构成热作用部中的层。
具体地说，本示例性实施例将示出Ta膜用作上保护层107的上层膜112、而Ta69.1Si30.9膜用作下层膜111的情况。
使用Ta靶和Si靶，利用二元溅射处理，在绝缘膜上形成膜厚度为100nm的Ta69.1Si30.9膜，作为TaSi膜111。然后，使用Ta靶，利用溅射处理，形成厚度为200nm的Ta膜112。
然后，利用一般的光刻处理，根据形成抗蚀剂图案(抗蚀剂涂布、曝光以及显影)、蚀刻Ta膜和Ta69.1Si30.9膜、并剥离抗蚀剂的连续步骤，对Ta膜和Ta69.1Si30.9膜两层形成的膜形成图案。
此时，可以优选以与Ta膜不重合(coincide)的方式形成流路形成构件，并可以优选在Ta69.1Si30.9膜上形成流路形成构件。通过选择在曝光抗蚀剂时要使用的光掩膜的图案，可以将该图案形状形成为期望的图案。
然后，通过与示例性实施例10中相同的步骤，以与Ta69.1Si30.9膜111的一部分重合的方式，形成流路形成构件109。通过按照本结构，在Ta69.1Si30.9膜111上形成流路形成构件，流路形成构件可以增强其粘附性。另一方面，通过采用Ta膜作为与墨接触的上层膜112，可以获得与传统膜相同的耐久性。接下来，通过使液体排出头完成并排出pH为10的碱性墨，来评估排出性能。结果，可以获得良好的图像记录。还通过使液体排出头在60℃浸入墨3个月并排出墨，来评估排出性能。结果，可以获得具有良好的记录质量的印刷物，并且确认没有涂覆树脂层203剥落。
(在本实施例中获得的膜的蚀刻速率)
准备具有在金属膜上形成、被图案化为预定形状的光抗蚀剂的样本，该金属膜具有在示例性实施例1至3中形成的表3的各组成。通过使用反应离子蚀刻装置，以100sccm的流速向其中引入Cl2气直到压力达到1Pa，并施加500W的功率，对上述各样本进行干法蚀刻。结果，发现随着Si含量增加，蚀刻速率趋于增加，但是示例性实施例1至3的膜的蚀刻速率大约是200至300nm/min，与组成没有太大关系。与此相比，在USP7306327中公开的TaCr的情况下，干法蚀刻处理中的蚀刻速率取决于Cr含量。随着Cr含量增加，蚀刻速率明显降低，因此蚀刻速率与组成有很大关系。根据本发明的TaSi的蚀刻速率对组成不敏感，明显不同于TaCr的蚀刻速率。
在上述示例性实施例10至13中，在用于液体排出头的基体100上的、与上保护层107的流路形成构件109接触的表面上形成TaSi膜。根据这些示例性实施例，当在具有小点以应对记录图像的更高清晰度的趋势的打印机中，或者在应对高速打印的打印机中，使用用于液体排出头的基体时，例如，当将基体加长到1.0英寸以上时，或当在使用各种墨的打印机中使用用于液体排出头的基体时，上保护层与用于形成液体流路的树脂层之间的粘附性增强。此外，如示例性实施例14所示，能够使用干法蚀刻处理对根据本发明的TaSi膜进行蚀刻，而不太依赖组成，并且能够使用现有装置对TaSi膜进行图案化。结果，本发明可以提供使打印机能够应对更高密度的用于液体排出头的基体、以及使用该液体排出头的基体的液体排出头。
在上述示例性实施例中描述的液体排出头具有诸如使用光刻技术形成的排出口以及墨流路的流路形成构件，但是本发明不限于上述液体排出头，本发明包括另一液体排出头，其通过分别构造形成作为排出口的孔板(orifice plate)的顶板以及墨流路，并使用粘合剂等将这些部件置于上保护层上来制成。
虽然参照示例性实施例对本发明进行了描述，但是应当理解，本发明并不局限于所公开的示例性实施例。应当对所附权利要求的范围给予最宽的解释，以使其涵盖所有这些变型、等同结构和功能。
本申请要求2007年12月12日提交的日本专利申请第2007-320954号的优先权，该申请的全部内容通过引用并入本文。

Claims (10)

1.一种用于液体排出头的基体，其上设置有由树脂制成的流路形成构件，所述液体排出头的基体包括：
发热电阻元件，其用于生成用于排出液体的能量；
电极配线，其与所述发热电阻元件电连接；
绝缘保护层，其设置在所述发热电阻元件和所述电极配线上方；以及
上保护层，其设置在所述绝缘保护层上方，
所述用于液体排出头的基体的特征在于，所述上保护层由包含22at.％以上的Si的TaSi合金制成。
2.根据权利要求1所述的用于液体排出头的基体，其特征在于，所述基体在设置在所述基体上的所述流路形成构件与所述上保护层之间具有包含有机物的粘附层。
3.根据权利要求1所述的用于液体排出头的基体，其特征在于，所述上保护层具有大于或等于10nm、且小于或者等于500nm的膜厚度。
4.根据权利要求1所述的用于液体排出头的基体，其特征在于，所述上保护层的膜应力是大于0、且小于或等于1.0×1010dyn/cm2的压缩应力。
5.根据权利要求2所述的用于液体排出头的基体，其特征在于，所述粘附层是聚醚酰胺树脂。
6.根据权利要求1所述的用于液体排出头的基体，其特征在于，所述上保护层由包含70at.％以下的Si的TaSi合金制成。
7.根据权利要求1所述的用于液体排出头的基体，其特征在于，在与所述发热电阻元件相对应的所述上保护层上设置Ta层，作为上层。
8.根据权利要求1所述的用于液体排出头的基体，其特征在于，在所述上保护层下方设置Ta层，作为下层。
9.根据权利要求1所述的用于液体排出头的基体，其特征在于，所述上保护层由Si含量从所述基体接近所述流路形成构件而增加的TaSi合金制成，并且在接触所述流路形成构件的部分处，所述上保护层包含22at.％以上、且70at.％以下的Si。
10.一种液体排出头，其包括：
根据权利要求1所述的用于液体排出头的基体；以及
流路形成构件，其设置在所述用于液体排出头的基体上，
所述液体排出头的特征在于，所述流路形成构件具有用于排出其中形成的液体的排出口。
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